Гадолиний

Гадолиний(Gd)
Атомный номер 64
Внешний вид мягкий вязкий металл
серебристо--белого цвета
Свойства атома
Атомная масса
(молярная масса)
157.25 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома 179 пм
Энергия ионизации
(первый электрон)
594.2(6.16) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация [Xe] 4f7 5d1 6s2
Химические свойства
Ковалентный радиус 161 пм
Радиус иона (+3e) 93.8 пм
Электроотрицательность
(по Полингу)
1.20
Электродный потенциал Gd←Gd3+ -2.28В
Степени окисления 3
Термодинамические свойства
Плотность 7.900 г/см³
Удельная теплоёмкость 0.230 Дж/(K·моль)
Теплопроводность (10.5) Вт/(м·K)
Температура плавления 1586 K
Теплота плавления 10.0 кДж/моль
Температура кипения 3539 K
Теплота испарения 398 кДж/моль
Молярный объём 19.9 см³/моль
Кристаллическая решётка
Структура решётки гексагональная
Период решётки 3.640 Å
Отношение c/a 1.588
Температура Дебая n/a K

Содержание

История

Происхождение названия

В 1794 г. профессор химии и минералогии в университете Або (Финляндия) Гадолин, исследуя минерал, найденный близ местечка Иттерби в трех милях от Стокгольма, открыл в нем неизвестную землю (окисел). Несколько лет спустя Экеберг повторно исследовал эту землю и, установив наличие в ней бериллия, назвал его иттриевой (Yttria). Мазандер показал, что иттриевая земля состоит из двух земель, которые он назвал тербиевой (Terbia) и эрбиевой (Erbia). Далее Мариньяк в тербиевой земле, выделенной из минерала самарскита, обнаружил еще одну землю - самариевую (Samaria). В 1879 г. эту же землю выделил из дидимия и новой земли, обозначенной им индексом "аlfa", Лекок де Буабодран и с согласия Мариньяка назвал последнюю гадолиниевой землей в честь Гадолина - первого исследователя минерала иттербита. Элемент, содержащийся в гадолиниевой земле (Gadolinia), получил название гадолиний (Gadolinium); в чистом виде он получен в 1896 г.

Получение

Цены

Цены на металлический гадолиний чистотой 99,9-99,9999 % в 2006 году составили 190-450 долл за 1 кг.

Применение

О гадолинии как о материале современной технологии рассказывать можно довольно долго, ибо этот элемент постоянно открывает все новые и новые области своего применения, и в не малой степени это обусловлено не только осыбыми ядерно-физическими свойствами но и технологичностью. Основными областями применения гадолиния являются электроника и атомная техника.

Магнитные носители информации

Ряд сплавов гадолиния и особенно сплав с кобальтом и железом позволяет создавать носители информации с колоссальной плотностью записи. Это обусловленно тем что в этих сплавах образуются особые структуры - ЦДМ - цилиндрические магнитные домены, при том размеры доменов менее 1 мкм(!), что позволяет создавать носители памяти для современной компьютерной техники с плотностью записи 1-9 миллиардов бит на 1 квадратный сантиметр площади носителя(!!!)

Лазерные материалы

Гадолиний применяется для выращивания методом Чохральского(вытягивание из расплава) монокристаллов гадолиний-галлиевого граната(ГГГ) и особенно гадолиний-галлий-скандиевого граната(ГСГГ), и др. Особые свойства ГСГГ позволяют на его основе изготавливать лазерные системы с предельно высоким КПД и сверхвысокими параметрами лазерного излучения. В принципе ГСГГ на сегодняшний день является первым в достаточной степени изученным и имеющим отработанную технологию производства лазерным материалом - обладающим высоким КПД преобразования и пригодным для создания лазерных систем для инерциального термоядерного синтеза. Ванадат гадолиния с ионами неодима и тулия применяется для производства твердотельных лазеров применяемых для лучевой обработки металлов и камня, а так же и в медицине.

Ядерная энергетика

В атомной технике гадолиний нашел применение для защиты от тепловых нейтронов, так как этот элемент обладает наивысшей способностью к захвату нейтронов из всех элементов. Его сечение равно 49000 барн(!). Но из всех изотопов гадолиния наивысшей способностью к захвату нейтронов обладает его изотоп гадолиний-157, сечение захвата 254000 барн(!!!). В этой связи гадолиний очень интересен для управления ядерным реактором и для конструирования защиты от нейтронов. На основе окиси гадолиния изготавливаются эмали, керамика и краски используемые в атомной технике. Для регулирования атомного реактора применяется так же борат гадолиния. Растворимые соединения гадолиния могут быть использованы для стабилизации растворов получаемых при переработке ТВЭЛов растворением в кислотах для последующего разделения. Стабилизирующее действие солей гадолиния проявляется в способность "глушить" ядерные реакции в таких растворах и позволяет ряд технологических операций связанных с концентрированием таких растворов, а значит с уменьшением критического объема и образовании критических масс. Оксид гадолиния используется для варки стекла поглощающего тепловые нейтроны. Самый распространенный состав такого стекла —(оксид бора-33%,оксид кадмия-35%, оксид гадолиния-32%).

Получение сверхнизких температур

В небольшом объеме гадолиний применяется для получения сверхнизких температур в научных исследованиях, так например сульфат гадолиния при размагничивании в близи к Абсолютному нулю температур позволяет снизить температуру до 0,0001 К.Наряду с сульфатом гадолиния для получения сверхнизких температур используют так же и хлорид гадолиния.

Производство катодов электронных пушек

Гексаборид гадолиния применяется для изготовления катодов мощных электронных пушек и рентгеновских установок, ввиду самой маленькой работы выхода из всех боридов редких земель, и его работа в 2,05 эВ сравнима с работой выхода щелочных металлов(калий, рубидий, цезий).

Ультрафиолетовый лазер

Использование ионов гадолиния для возбуждения лазерного излучения позволяет создать лазер работающий в ближнем ультрафиолетовом диапазоне с длиной волны 0,31 мк.

Производство металлогидридов для хранения водорода

Сплав гадолиний-железо применяется как очень емкий аккумулятор водорода, и может быть применен для водородного автомобиля.

Использование гадолиния в медицине

Гадолиний-153 используется в качестве источника излучения в медицине для диагностики остеопороза. Хлорид гадолиния применяется для блокады клеток Купфера при лечении печени.

Хранение радиоактивных отходов

Сплав гадолиния и никеля применяется для изготовления контейнеров для захоронения радиоактивных отходов.

Гигантский магнитокалорический эффект

Сплав гадолиния, германия,кремния и небольшого количества железа(1 %) применяется для производства магнитных холодильников(на основе гигантского магнитокалорического эффекта). Так же особый интерес в последние годы привлекает к себе сплав гадолиний - тербий(монокристаллический) для производства магнитных холодильников.

Термоэлектрические материалы

Теллурид гадолиния может работать в мощном потоке нейтронов как очень хороший термоэлектрический материал(термо-э.д.с 220-250 мкВ/К). Селенид гадолиния имеет отличные термоэлектрические свойства и весьма перспективный и применяемый материал в производстве радиоизотопных источников энергии.

Легирование титановых сплавов

Некоторое количество гадолиния постоянно расходуется для производства специальных титановых сплавов(повышает предел прочности и текучести при легировании уже около 5% гадолинием).

Биологическая роль

Ссылки


Периодическая система элементов
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home